JPWO2013179850A1 - 旋削機械 - Google Patents

Abstract

工作機械１は、スカイビング加工に用いられるものであって、切削工具５３と、超音波振動発生部材９１とを備えており、超音波振動発生部材９１は、Ｙ軸方向への超音波振動を切削工具５３に付与することにより、スカイビング加工においてびびり振動を抑制する。

Description

本発明は、スカイビング加工に用いられる旋削機械に関する。

従来の加工法よりも比較的良好な表面粗さが得られるため、円筒形状工作物の大量生産にはスカイビング加工が適している。スカイビング加工とは、バイトを用いて工作物を削り加工する場合において、工作物の接線方向にバイトを送ることにより工作物を切削する加工方法をいう（例えば、特許文献１を参照。）

特許第３９８４０５２号

スカイビング加工では、バイトの工作物への接触長さがシングルポイント切削の場合に比べて長いので、背分力がシングルポイント切削より大きい。そのため、スカイビング加工では、加工時にびびり振動が発生しやすい。そして、びびり振動が生じると、工作物の被削物上に痕跡が残ってしまい、その結果仕上げ面が悪くなる。

本発明の課題は、スカイビング加工においてびびり振動を抑制することにある。

以下に、課題を解決するための手段として複数の態様を説明する。これら態様は、必要に応じて任意に組み合せることができる。

本発明の一見地に係る旋削機械は、スカイビング加工に用いられるものであって、切削工具と、振動発生部とを備えている。振動発生部は、切削方向と同じ方向への振動を切削工具に付与する。
この機械では、切削工具が送り方向に送られて工作物を切削しているときに、振動発生部が切削方向と同じ方向への振動を切削工具に付与する。これにより、切削力が小さくなる。そして、切削力が小さくなることで、工作物の時間的変動が減少し、その結果、びびり振動の発生が抑えられる。言い換えれば、切削工具が切削方向と同じ方向に振動しているということは、工作物と切削工具との相対関係がずれていること、すなわち主軸の回転数が変動しているのと同じ効果をもたらす。

旋削機械は、タレットと、支持部材と、駆動装置とをさらに備えていてもよい。その場合、支持部材は、振動発生部を介して切削工具を支持する。駆動装置は、タレットに装着され、支持部材をタレットに対して切削方向に駆動するための装置である。
支持部材は、下面に切削工具が固定される本体と、本体の上面に設けられ、切削方向に延びるラックと、本体に設けられる被ガイド部とを有しており、さらに、駆動装置は、支持部材の被ガイド部をスライド可能に係合する案内部と、ラックと係合するとともに駆動装置の駆動力をラックに伝達するピニオンとを有していてもよい。

旋削機械は、タレットと、駆動装置とをさらに備えていてもよい。その場合、駆動装置は、タレットを切削方向に駆動するための装置である。
振動発生部は、切削工具に対して切削方向への超音波振動を伝達する超音波信号発生部材であってもよい。

本発明に係る旋削機械では、スカイビング加工においてびびり振動が抑制される。

本発明の一実施形態に係る工作機械の破断側面図である。 工作機械の平面図である。 Ｙ軸送り台の斜視図 送り部材の斜視図 図３のＶ−Ｖ断面図。 図３のＶＩ−ＶＩ断面図。 図３のＶＩＩ−ＶＩＩ断面図。 図３のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ断面図。 Ｙ軸送り台の側面図。 切削工具の底面図。 切削工具の横断面図。 工作機械の破断側面図（第２実施形態）。 タレットの斜視図（第２実施形態）。

（１）工作機械
図１及び図２を用いて、本発明の一実施形態に係る工作機械１を説明する。
工作機械１は、長尺なワークの加工に適した旋盤である。工作機械１は、工作機械本体３と、工作機械本体３にワークＷを搬入出するワーク搬入出装置５と、工作機械本体３の背面に設置された制御盤７と、正面に設置された操作盤９とを備える。ワーク搬入出装置５は、工作機械本体３の前部に上下に並べて設けられた搬入側ワーク載置台装置５Ａ及び搬出側ワーク載置台装置５Ｂからなる。

工作機械本体３は、ベッド１１と、主軸台１３と、心押し台１５と、上下一対のタレット１７Ａ，１７Ｂを有している。主軸台１３は、ベッド１１の左右方向である長手方向一側部に配置されている。心押し台１５は、主軸台１３に左右方向に対向して配置されている。タレット１７Ａ，１７Ｂは、主軸台１３及び心押し台１５の上方と下方とにそれぞれ配置されている。

主軸台１３には、左右方向に延びる水平な主軸２１が回転自在に支持されている。そして、主軸２１の心押し台１５に対向する側の端部に、ワークＷの一端を把持することのできる主軸チャック２３が設けられている。主軸モータ２５の回転がベルト伝動機構２７を介して主軸２１に伝達されることで、主軸２１が回転する。

心押し台１５は、主軸２１に向かって突出し先端が円錐状に尖った心押し軸２９を有する。心押し台１５は、ベッド１１に設けた左右案内３１により左右に移動自在に支持され、進退機構（図示せず）により主軸２１に対して進退可能とされている。

タレット１７Ａ，１７Ｂは共に、それぞれのタレット支持体３３に対し主軸軸心Ｏ１と平行な旋回軸心Ｏ２回りに旋回可能な部材である。タレット１７Ａ，１７Ｂの周面には、ワークＷに対して切削加工を施すバイトや回転工具等の工具が複数取付け可能である。
タレット１７Ａ，１７Ｂを旋回させるタレット旋回機構（図示せず）は、タレット支持体３３に内蔵されている。

タレット１７Ａ，１７Ｂ及びタレット支持体３３は、タレット移動機構３５により、主軸軸心Ｏ１の方向（Ｚ軸方向）及び主軸軸心Ｏ１と直交する方向（Ｘ軸方向）への直線移動が可能である。タレット移動機構３５は、ベッド１１に設けた左右案内３７に沿って左右送り台３９をＺ軸方向に移動自在に支持し、左右送り台３９に設けた上下案内４１に沿ってタレット支持体３３をＸ軸方向に移動自在に支持している。タレット支持体３３に対して、上記のようにタレット１７Ａ，１７Ｂが旋回可能に支持されている。

（２）Ｙ軸送り台（第１実施形態）
図３〜図１１を用いて、Ｙ軸送り台を説明する。
Ｙ軸送り台５１は、スカイビング加工に用いられる装置である。スカイビング加工とは、バイトを用いて工作物を削り加工する場合において、工作物の接線方向にバイトを送ることにより工作物を切削する加工方法をいう。以下、Ｙ軸送り台５１は、タレット１７Ａに装着されているとして説明する。
なお、Ｙ軸送り台５１は、ワークＷの切削に用いられる。そして、切り込み設定はＸ軸の駆動によって行われる。

Ｙ軸送り台５１は、切削工具５３と、駆動装置５５とを備えている。切削工具５３は、バイトホルダ５３ａと、バイトホルダ５３ａに固定されたチップ５３ｂとからなる。駆動装置５５は、タレット１７Ａに装着され、切削工具５３をタレット１７Ａに対してＹ軸方向に駆動するための装置である。

駆動装置５５は、モータ７０と、駆動構造７１とを有している。モータ７０は、タレット１７Ａを支持するタレット支持体３３に装着される。モータ７０は、タレット支持体３３においてタレット１７Ａと反対側に配置されている。駆動構造７１は、タレット支持体３３に装着され、切削工具５３を駆動するための構造である。駆動構造７１は、ウォームギア７２と、第１シャフト７３と、第２シャフト７４と、ベベルギアセット７５と、第３シャフト７６と、ラックピニオン機構７７とを有している。

モータ７０は、Ｙ軸方向に伸びるモータ軸７０ａを有している。ウォームギア７２は、第１シャフト７３の第１端に固定され、モータ軸７０ａに連結している。ウォームギア７２によって、減速が行われる。第１シャフト７３は、スライド送り用駆動軸であり、タレット支持体３３内をＺ軸方向に伸びている。第１シャフト７３の第２端は、タレット１７Ａの中心部近傍まで延びている。第２シャフト７３は、第１シャフト７３の第２端近傍に配置され、Ｘ軸方向に伸びている。第２シャフト７３は、タレット１７Ａによって回転自在に支持されている。第２シャフト７３は、ベベルギアセット７５によって、第１シャフト７３に連結されている。ベベルギアセット７５は、第１ベベルギア８１と第２ベベルギア８２とから構成されている。第３シャフト７６は、第２シャフト７４に対して同心に固定されており、Ｙ軸方向に延びている。第３シャフト７６は、タレット支持体３３に回転自在に支持されている。第３シャフト７６の一端には、ラックピニオン機構７７（後述）が設けられている。

駆動構造７１は、切削工具５３を支持してラックピニオン機構７７からの力を受ける支持部材６９と、支持部材６９をＹ軸方向に案内する案内構造８５とを、さらに含んでいる。

支持部材６９は、図４に示すように、本体６９ａと、ラック６９ｂと、被ガイド部６９ｃとを有している。本体６９ａはＹ軸方向に長く延びるブロック状部材である。本体６９ａの下面に、切削工具５３が固定されている。ラック６９ｂは、本体６９ａの上面に設けられ、Ｙ軸方向に延びている。被ガイド部６９ｃは、後述する案内構造８５に係合するアリ溝形状を有している。支持部材６９は、案内構造８５によって、Ｘ軸方向及びＺ軸方向には移動不能に支持されている。
より具体的には、切削工具５３は、本体６９ａに設けられた超音波振動発生部材９１の下面に固定されている。
超音波振動発生部材９１は、切削工具５３に対してＹ軸方向に超音波振動を伝達する部材である。超音波振動発生部材９１は、支持部材６９の本体６９ａの下部に取り付けられている。超音波振動発生部材９１は、圧電素子であり、Ｙ軸方向に延びるブロック状の部材である。
なお、切削工具５３と支持部材６９によって、送り部材５２が構成されている。

案内構造８５は、タレット１７Ａの一部との間で支持部材６９を挟み付ける固定部材８６と、固定部材７３を支持部材６９に対し付勢する弾性部材（図示せず）と、を含んでいる。より具体的には、案内構造８５はアリ溝ガイドであり、タレット１７Ａの溝と固定部材７３とで構成されたアリ溝内を被ガイド部６９ｃがスライド可能に係合している。弾性部材（図示せず）は、例えば皿バネであり、固定部材８６に対して予圧を与えている。それにより、支持部材６９のスライド時の部材間の隙間がなくなっている。

ラックピニオン機構７７は、第３シャフト７６の一端に固定されたピニオン８３と、前述のラック６９ｂとから構成されている。ピニオン８３すなわち第３シャフト７６が回転すると、ラック６９ｂすなわち支持部材６９及び切削工具５３がＹ軸方向に移動する。

この実施形態では、駆動軸である第１シャフト７３をタレット支持体３３内でＺ軸方向に延びるように設置したので、モータ７０をタレット１７Ａと反対側（タレット後方）に設置できている。したがって、駆動構造７１の他の部分及び送り部材５２をタレット１７Ａの１つのステーションに配置することができる。その結果、図３、図７及び図８に示すように、隣接するステーションにツール８８を取り付けることができる。

なお、第１実施形態の変形例として、図６及び図７のＡ部分（すなわち、タレット１７Ａの中央開口部分）に、低速・高トルクのサーボモータを配置して、ピニオン軸を直接駆動するようにしてもよい。
この機械では、切削工具５３がＹ軸送り台５１によって送り方向に送られて工作物を切削しているときに、超音波振動発生部材９１がＹ軸方向に振動する超音波振動を切削工具５３に付与する。これにより、切削力が小さくなる。そして、切削力が小さくなることで、ワークＷの時間的変動が減少し、その結果、びびり振動の発生が抑えられる。言い換えれば、切削工具５３がＹ軸方向と同じ方向に振動しているということは、ワークＷと切削工具５３との相対関係がずれていること、すなわち主軸の回転数が変動しているのと同じ効果をもたらす。

（３）第２実施形態
第１実施形態では、Ｙ軸送り機構として、タレットに装着された小型のＹ軸送り台が用いられていた。しかし、以下に述べる第２実施形態では、Ｙ軸送り機構は、タレット及びタレット支持体をＹ軸に移動させるＹ軸送り台９７である。

図１２を用いて、工作機械１全体の構成を説明する。
工作機械１は、長尺なワークの加工に適した旋盤である。工作機械１は、工作機械本体３と、工作機械本体３にワークＷを搬入出するワーク搬入出装置５と、工作機械本体３の背面に設置された制御盤７と、正面に設置された操作盤９とを備える。ワーク搬入出装置５は、工作機械本体３の前部に上下に並べて設けられた搬入側ワーク載置台装置５Ａ及び搬出側ワーク載置台装置５Ｂからなる。

工作機械本体３は、ベッド１１と、主軸台１３と、心押し台１５と、上下一対のタレット１７Ａ，１７Ｂを有している。主軸台１３は、ベッド１１の左右方向である長手方向一側部に配置されている。心押し台１５は、主軸台１３に左右方向に対向して配置されている。タレット１７Ａ，１７Ｂは、主軸台１３及び心押し台１５の上方と下方とにそれぞれ配置されている。

主軸台１３には、左右方向に延びる水平な主軸２１が回転自在に支持されている。そして、主軸２１の心押し台１５に対向する側の端部に、ワークＷの一端を把持することのできる主軸チャック２３が設けられている。主軸モータ２５の回転がベルト伝動機構２７を介して主軸２１に伝達されることで、主軸２１が回転する。

心押し台１５は、主軸２１に向かって突出し先端が円すい状に尖った心押し軸（図２を参照）を有する。心押し台１５は、ベッド１１に設けた左右案内３１により左右に移動自在に支持され、進退機構（図示せず）により主軸２１に対して進退可能とされている。

タレット１７Ａ，１７Ｂは共に、それぞれのタレット支持体３３に対し主軸軸心Ｏ１と平行な旋回軸心Ｏ２回りに旋回可能な部材である。タレット１７Ａ，１７Ｂの周面には、ワークＷに対して切削加工を施すバイトや回転工具等の工具が複数取付け可能である。
タレット１７Ａ，１７Ｂを旋回させるタレット旋回機構（図示せず）は、タレット支持体３３に内蔵されている。

タレット１７Ａ，１７Ｂ及びタレット支持体３３は、タレット移動機構３５により、主軸軸心Ｏ１の方向（Ｚ軸方向）及び主軸軸心Ｏ１と直交する方向（Ｘ軸方向）への直線移動が可能である。タレット移動機構３５は、ベッド１１に設けた左右案内３７に沿って左右送り台３９をＺ軸方向に移動自在に支持し、左右送り台３９に設けた上下案内４１に沿ってタレット支持体３３をＸ軸方向に移動自在に支持している。タレット支持体３３に対して、上記のようにタレット１７Ａ，１７Ｂが旋回可能に支持されている。
タレット移動機構３５は、前述のＹ軸送り台９７をさらに有している。Ｙ軸送り台９７は、タレット支持体３３に設けられ、タレット１７Ａ，１７Ｂ及びタレット旋回機構（図示せず）をＹ軸方向に移動させることができる。

本実施形態では、図１３に示すように、切削工具５３は、超音波振動発生部材９１の下面に、前記実施形態と同様に固定されている。

超音波振動発生部材９１は、切削工具５３に対してＹ軸方向に超音波振動を伝達する部材である。超音波振動発生部材９１は、支持部材６９の下部に取り付けられている。超音波振動発生部材９１は、圧電素子であり、Ｙ軸方向に延びるブロック状の部材である。

この機械では、切削工具５３がＹ軸送り台９７によって送り方向に送られて工作物を切削しているときに、超音波振動発生部材９１がＹ軸方向に振動する超音波振動を切削工具５３に付与する。これにより、切削力が小さくなる。そして、切削力が小さくなることで、ワークＷの時間的変動が減少し、その結果、びびり振動の発生が抑えられる。言い換えれば、切削工具５３がＹ軸方向と同じ方向に振動しているということは、ワークＷと切削工具５３との相対関係がずれていること、すなわち主軸の回転数が変動しているのと同じ効果をもたらす。

（４）他の実施形態
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。特に、本明細書に書かれた複数の実施形態及び変形例は必要に応じて任意に組み合せ可能である。

（ａ）前記実施形態ではＹ軸スカイビング加工を実現するために切削工具はＹ軸方向に直線移動させられていた。他の実施形態として、Ｚ軸方向に延びる軸芯を中心に切削工具を回動させることでＹ軸スカイビング加工を実現してもよい。
（ｂ）工作機械の種類及び具体的な構造は、前記実施形態に限定されない。

本発明は、スカイビング加工に用いられる旋削機械に広く適用できる。

１ 工作機械
３ 工作機械本体
５ ワーク搬入出装置
５Ａ 搬入側ワーク載置台装置
５Ｂ 搬出側ワーク載置台装置
７ 制御盤
９ 操作盤
１１ ベッド
１３ 主軸台
１５ 心押し台
１７Ａ タレット
１７Ｂ タレット
２１ 主軸
２３ 主軸チャック
２５ 主軸モータ
２７ ベルト伝動機構
２９ 心押し軸
３１ 左右案内
３３ タレット支持体
３５ タレット移動機構
３７ 左右案内
３９ 左右送り台
４１ 上下案内
５１ Ｙ軸送り台
５３ 切削工具
５３ａ バイトホルダ
５３ｂ チップ
５５ 駆動装置
５７ モータ
５９ 駆動構造
６９ 支持部材
６９ａ 本体
６９ｂ ラック
６９ｃ 被ガイド部
７０ モータ
７０ａ モータ軸
７１ 駆動構造
７２ ウォームギア
７３ 第１シャフト
７４ 第２シャフト
７５ ベベルギアセット
７６ 第３シャフト
７７ ラックピニオン機構
８１ 第１ベベルギア
８２ 第２ベベルギア
８５ 案内構造
８６ 固定部材
９１ 超音波振動発生部材
９３ 平行バネ
９７ Ｙ軸送り台

モータ７０は、Ｙ軸方向に伸びるモータ軸７０ａを有している。ウォームギア７２は、第１シャフト７３の第１端に固定され、モータ軸７０ａに連結している。ウォームギア７２によって、減速が行われる。第１シャフト７３は、スライド送り用駆動軸であり、タレット支持体３３内をＺ軸方向に伸びている。第１シャフト７３の第２端は、タレット１７Ａの中心部近傍まで延びている。第２シャフト７４は、第１シャフト７３の第２端近傍に配置され、Ｘ軸方向に伸びている。第２シャフト７４は、タレット１７Ａによって回転自在に支持されている。第２シャフト７４は、ベベルギアセット７５によって、第１シャフト７３に連結されている。ベベルギアセット７５は、第１ベベルギア８１と第２ベベルギア８２とから構成されている。第３シャフト７６は、第２シャフト７４に対して同心に固定されており、Ｙ軸方向に延びている。第３シャフト７６は、タレット支持体３３に回転自在に支持されている。第３シャフト７６の一端には、ラックピニオン機構７７（後述）が設けられている。

案内構造８５は、タレット１７Ａの一部との間で支持部材６９を挟み付ける固定部材８６と、固定部材８６を支持部材６９に対し付勢する弾性部材（図示せず）と、を含んでいる。より具体的には、案内構造８５はアリ溝ガイドであり、タレット１７Ａの溝と固定部材８６とで構成されたアリ溝内を被ガイド部６９ｃがスライド可能に係合している。弾性部材（図示せず）は、例えば皿バネであり、固定部材８６に対して予圧を与えている。それにより、支持部材６９のスライド時の部材間の隙間がなくなっている。

Claims (5)

1. スカイビング加工に用いられる旋削機械であって、
   切削工具と、
   切削方向と同じ方向への振動を前記切削工具に付与する振動発生部と、
   を備えた旋削機械。
2. タレットと、
   前記振動発生部を介して前記切削工具を支持する支持部材と、
   前記タレットに装着され、前記支持部材を前記タレットに対して前記切削方向に駆動するための駆動装置と、
   をさらに備えている、請求項１に記載の旋削機械。
3. 前記支持部材は、
   下面に前記切削工具が固定される本体と、
   前記本体の上面に設けられ、前記切削方向に延びるラックと、
   前記本体に設けられる被ガイド部と、
   を有し、前記駆動装置は、
   前記支持部材の被ガイド部をスライド可能に係合する案内部と、
   前記ラックと係合するとともに、前記駆動装置の駆動力を前記ラックに伝達するピニオンと、
   を有する、請求項２に記載の旋削機械。
4. タレットと、
   前記タレットを前記切削方向に駆動するための駆動装置と、
   をさらに備えている、請求項１に記載の旋削機械。
5. 前記振動発生部は、前記切削工具に対して前記切削方向への超音波振動を伝達する超音波信号発生部材を有する、請求項４に記載の旋削機械。

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